Исследователи из Государственного университета Северной Каролины представили революционную технику самоорганизации для электронных устройств, которая обещает упростить производство диодов и транзисторов. Этот новый метод, известный как Реакция Металл-Лиганд Под руководством (D-Met), значительно снижает сложность и затраты, связанные с традиционными процессами производства микросхем.
Мартин Туо, профессор материаловедения и инженерии, подчеркнул преимущества этого подхода: "Современное производство микросхем включает множество этапов и зависит от крайне сложных технологий, что делает процесс дорогим и длительным. Наш метод самоорганизации гораздо быстрее и экономичнее. Мы также можем регулировать запрещенную зону полупроводниковых материалов и делать их чувствительными к свету, что открывает путь для оптоэлектронных устройств".
Туо отметил, что традиционные методы производства часто приводят к высокому проценту бракованных микросхем, что приводит к отходам. В отличие от этого, техника D-Met обеспечивает высокий выход, что облегчает стабильное производство и минимизирует отходы.
Процесс начинается с жидких металлических частиц, в частности, сплава жидкого металла Field, состоящего из индия, висмута и олова. Исследователи размещают эти частицы рядом с формой любого желаемого размера или формы. Раствор, содержащий лиганды — молекулы из углерода и кислорода — выливается на жидкий металл. Эти лиганды захватывают ионы с поверхности металла и располагают их в определенном геометрическом узоре, пока раствор течет в форму.
По мере заполнения формы раствором ионы, несущие лиганды, начинают собираться в сложные трехмерные структуры. Жидкая часть раствора испаряется, уплотняя структуры в единое целое. Туо объясняет: "Без формы эти структуры могут формировать несколько хаотичные узоры. Однако форма ограничивает раствор, позволяя формироваться предсказуемым и симметричным сетям".
Когда достигается желаемая структура, форма удаляется, и сеть нагревается. Этот процесс разлагает лиганды, освобождая атомы углерода и кислорода, которые взаимодействуют с металлическими ионами для образования полупроводниковых металлических оксидов, в то время как атомы углерода создают графеновые слои. В результате получается хорошо организованная структура из молекул полупроводникового металлического оксида, заключенных в графеновые слои.
Юлия Чанг, ведущий автор исследования, добавила: "Графеновые слои могут быть использованы для настройки запрещенной зоны полупроводников, делая полупроводник более или менее реактивным в зависимости от качества графена". Более того, использование висмута позволяет создавать фотоактивные структуры, что позволяет исследователям манипулировать свойствами полупроводников с помощью света.
Туо прокомментировал масштабируемость техники D-Met, заявив: "Единственным ограничением является размер используемой формы. Мы также можем контролировать полупроводниковые структуры, манипулируя типом жидкости в растворе, размерами формы и скоростью испарения раствора".
В заключение, исследователи продемонстрировали возможность самоорганизации высокоструктурированных и настраиваемых электронных материалов для функциональных устройств. Следующий шаг будет заключаться в использовании этой техники для создания более сложных устройств, таких как трехмерные чипы.